طراحی یک آشکارساز پوش با زمان گذار خیلی کم و حساسیت بالا با استفاده از تکنولوژی 180nm CMOS برای کاربردهای راداری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

2 استادیار، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

چکیده

در این مقاله یک آشکارساز پوش در بازه فرکانسی 2.7GHz تا 3.9GHz با زمان گذار بسیار کم و حساسیت بالا در تکنولوژی 180nm CMOS ارائه شده است. آشکارساز مبتنی بر روش تقویت کننده های لگاریتمی آشکارسازی متوالی بوده و از سه قسمت تشکیل شده است: هسته آشکارساز(یکسوساز)، تقویت کننده RF شبه لگاریتمی، طبقه خروجی. هسته اصلی آشکارساز، مبتنی بر روش سورس کوپل شده نامتقارن است که به صورت یکسوساز تمام موج عمل میکنند و دارای بازه فرکانسی 0.1GHz تا 10GHz با زمان گذار 1ns است. در این مقاله همچنین با تزریق بخشی از ورودی به مسیر جریان tail، حساسیت آشکارساز به اندازه 2 dB بهبود یافته است. جهت تقویت سیگنال، از یک تقویت کننده کم نویز پیشنهادی با ورودی تکی و خروجی تفاضلی و یک تقویت کننده تفاضلی ساده بصورت سری استفاده شده است. طبقه خروجی ضمن اینکه سیگنال آشکار شده پالسی را بدون افزایش قابل توجه در زمانهای فراز و فرود فیلتر میکند، میتواند یک بار خازنی 2pF را راه اندازی نماید. در این مقاله همچنین با بکارگیری محدودکننده های توان ماسفتی در تقویت کننده کم نویز و تقویت کننده تفاضلی، ضمن جلوگیری از اشباع تقویت کننده ها در اثر سیگنال ورودی با دامنه بزرگ، یک رفتار شبه لگاریتمی برای مدار کلی حاصل شده است. نتایج شبیه سازی پس از لی اوت مدار پیشنهادی با استفاده از Spectre-RF در فرکانس 3.3 GHz نشان می دهد که حساسیت این آشکارساز بهتر از -45dBm و زمان های فراز و فرود کمتر از 1.2ns میباشد که نسبت به کارهای اخیر بهبود قابل توجهی دارد. رنج دینامیکی شبه لگاریتمی این آشکارساز 20 dB، مصرف توان قسمت آشکارساز آن حدود 12mW از یک منبع ولتاژ 1.8V و مساحت اشغالی آن 72µm×72µm است درحالی که مساحت ناحیه فعال آشکارساز کل، شامل تقویت کننده ها، محدودکننده ها، آشکارسازها و بافر خروجی 0.7mm×0.55mm است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A High sensitive Envelope Detector with Very Low Transition Time Using 180 nm CMOS Technology for RADAR Applications

نویسندگان [English]

  • Omid Rahimi Rizi 1
  • seyyed Amir Hosein Mir 1
  • Sayed Vahid Mir-Moghtadaei 2
1 Master's student, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
2 Assistant Professor, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
چکیده [English]

This paper presents a high-sensitive envelope detector in 2.7GHz to 3.9GHz frequency band using 180 nm CMOS technology. The detector is based on the Successive Detection Logarithmic Amplifiers (SDLA) and consists of three sections: the detector core (rectifier), semi-logarithmic RF amplifier, and output stage. The detector core is based on the unbalanced source coupled method, which provides a full-wave rectifier. The frequency bandwidth and transition time of detector core are 0.1GHz to 10 GHz and 1ns, respectively. In this paper, the sensitivity of the detector is also improved about 2 dB by injecting part of the input signal into the tail current path. To amplify the signal, a proposed low-noise amplifier(LNA) with a single input and differential output and a simple differential amplifier in series are used. The output stage provides a low pass filter and drives a 2pF output capacitance, without increasing the transition time. By using RF power limiters in the outputs of LNA and differential amplifier, a semi-logarithmic behavior for the total circuit is obtained while preventing saturation of amplifiers due to the large input signal. Post-layout simulation results by Spectre-RF show the sensitivity of -45dBm and the rise and fall times of less than 1.2ns, which is a significant improvement compared to recent reported work. The semi-logarithmic dynamic range and the power consumption of this detector are 20dB and 12mW from a voltage source of 1.8V, respectively. The occupied area of the detector core is only 72µm×72µm, while the active area of the total detector, including amplifiers, limiters, rectifiers and output buffer is 0.7mm×0.55mm.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Successive Envelope detector
  • Source Coupled
  • Semi-Logarithmic Amplifier
  • Limiter

Smiley face

مراجع

[1]     Lakshminarayanan, S. & K. Hofmann, "A wideband RF power detector with− 56 dB sensitivity and 64 dB dynamic range in SiGe BiCMOS technology," in 2017 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). 2017.
[2]     Holdenried, C.D., "A DC-4-GHz true logarithmic amplifier: theory and implementation," IEEE Journal of Solid-State Circuits, 37(10), pp. 1290-1299, 2002.
[3]     Kim, K. & Y. Kwon, "A Broadband Logarithmic Power Detector in 0.13-$\mu $ m CMOS," IEEE microwave and wireless components letters, 23(9), pp. 498-500, 2013.
[4]     Wu, J.-W., "A linear-in-dB radio-frequency power detector. in 2011 IEEE MTT-S International Microwave Symposium, 2011.
[5]     Shieh, M.-L., "Linear radio frequency power detector," in 2009 Asia Pacific Microwave Conference, 2009.
[6]     Chou, C.-C., "A low minimum detectable power, high dynamic range, V-band CMOS millimeter-wave logarithmic power detector," in 2017 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS), 2017.
[7]     Zhou, Y. & M.Y.-W. Chia, "A low-power ultra-wideband CMOS true RMS power detector. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques," 56(5), pp. 1052-1058, 2008.
[8]     Kiela, K., M. Jurgo, & R. Navickas, "Design of a linear-in-dB power detector in 65nm CMOS technology," Elektronika ir Elektrotechnika, 19(10), pp. 91-94, 2013.
[9]     Wu, J.-W., "Closed-loop power control of radio frequency power amplifier module with an on-chip embedded power detector," in 2006 Asia-Pacific Microwave Conference, 2006.
[10]   Gertel, E., D.M. Johnson, & M. Kumar, "2-18 GHz logarithmic amplification componentry," in IEEE International Digest on Microwave Symposium, 1990.
[11]   Zhou, Y. & M.C.Y. Wah, "A wide band CMOS RF power detector," in 2006 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, 2006.
[12]   Yong, Z., "A parallel-amplification parallel-summation logarithmic amplifier for UHF RFID reader," in 2009 IEEE 8th International Conference on ASIC, 2009.
[13]   Chadwick, P.E, "Advances in logarithmic amplifiers," in 1989 Fifth International Conference on Radio Receivers and Associated Systems, 1990.
[14]   Di Alessandro, L., "Robust GaN Successive-Detection Logarithmic Video-Amplifier for EW applications," in 2015 Integrated Nonlinear Microwave and Millimetre-wave Circuits Workshop (INMMiC), 2015.
[15]   Park, H., "A CMOS RF power detector using an improved unbalanced source coupled pair," IEICE transactions on electronics, 91(12), pp. 1969-1970, 2008.
[16]   Xia, J. & S. Boumaiza, "A novel broadband linear-in-magnitude RF envelope detector with enhanced detection speed and accuracy," IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 25(5), pp. 325-327, 2015.
[17]   Cha, J., "A highly-linear radio-frequency envelope detector for multi-standard operation," in 2009 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium, 2009.
[18]   Zhou, Y., "A novel wide-band envelope detector," in 2008 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium, 2008.
[19]   Su, Y.-b., "A Highly Linear Low Power Envelope Detector," in 2019 IEEE International Conference on Electron Devices and Solid-State Circuits (EDSSC), 2019.
[20]   Im, D., "A CMOS active feedback wideband single-to-differential LNA using inductive shunt-peaking for saw-less SDR receivers," in 2010 IEEE Asian Solid-State Circuits Conference, 2010.
[21]   Kimura, K, "A unified analysis of four-quadrant analog multipliers consisting of emitter and source-coupled transistors operable on low supply voltage," IEICE Transactions on Electronics, 76(5), pp. 714-737, 1993.
[22]   Kimura, K, "A CMOS logarithmic IF amplifier with unbalanced source-coupled pairs," IEEE Journal of Solid-State Circuits, 28(1), pp. 78-83, 1993.
[23]   Nosratinia, A., "High-drive CMOS buffer for large capacitive loads," Electronics letters, 27(12), pp. 1044-1046, 1991.
رادار
دوره 9، شماره 2 - شماره پیاپی 26
شماره پیاپی26، فصلنامه پاییز و زمستان
آذر 1401
صفحه 15-23

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 14 اسفند 1399
  • تاریخ بازنگری: 29 آبان 1400
  • تاریخ پذیرش: 09 مهر 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار